1、任课老师任课老师 傅祖发傅祖发 机机 械械 工工 业业 出出 版版 社社第四章第四章 平面连杆机构平面连杆机构第二篇第二篇 机械传动常用机构设计机械传动常用机构设计本章主要内容本章主要内容第一节第一节 熟练掌握铰链四杆机构存在曲柄熟练掌握铰链四杆机构存在曲柄的条件的条件 第二节第二节 熟练分析平面四杆机构的极位夹熟练分析平面四杆机构的极位夹 角、急回特性、压力角与传动角角、急回特性、压力角与传动角 第三节第三节 根据连杆给定的三个位置设计平根据连杆给定的三个位置设计平面四杆机构面四杆机构 本章学习要求本章学习要求 1、了解平面四杆机构的组成和特点、了解平面四杆机构的组成和特点 2、了解铰链四杆
2、机构的基本形式及应用、了解铰链四杆机构的基本形式及应用 3、了解铰链四杆机构的演化方法、了解铰链四杆机构的演化方法 4、掌握平面四杆机构存在曲柄的条件、掌握平面四杆机构存在曲柄的条件 5、掌握压力角、传动角、极位夹角与行程速比系、掌握压力角、传动角、极位夹角与行程速比系数、数、止点位置等平面四杆机构的基本知识及特性止点位置等平面四杆机构的基本知识及特性 6、了解平面连杆机构运动设计的基本设计命题，、了解平面连杆机构运动设计的基本设计命题，掌握根据不同设计条件采用合适的设计方法来解决四杆掌握根据不同设计条件采用合适的设计方法来解决四杆机构的设计问题。机构的设计问题。本章重点难点本章重点难点本章重
3、点本章重点 1、铰链四杆机构的演化、铰链四杆机构的演化 2、四杆机构存在曲柄的条件、四杆机构存在曲柄的条件 3、压力角、传动角、极位夹角与行程速比系数、压力角、传动角、极位夹角与行程速比系数、止点位置止点位置 4、四杆机构的运动设计、四杆机构的运动设计本章难点本章难点四杆机构的运动设计四杆机构的运动设计平面连杆机构由若干个刚性构件通过低副联接而成，平面连杆机构由若干个刚性构件通过低副联接而成，且各构件均在相互平行的平面内运动。且各构件均在相互平行的平面内运动。第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用 一、平面连杆机构的组成和特点一、平面连杆机构的组成和特点曲柄滑块
4、机构曲柄滑块机构颚式破碎机颚式破碎机颚式破碎机中的铰链四杆机构颚式破碎机中的铰链四杆机构 优点：优点：易满足生产工艺中各种动作的要求；易满足生产工艺中各种动作的要求；比压小、易润滑、磨损轻；比压小、易润滑、磨损轻；形状简单、制造方便。形状简单、制造方便。缺点：缺点：准确设计难；准确设计难；惯性力难以平衡，不宜用于高速。惯性力难以平衡，不宜用于高速。一、平面连杆机构的组成和特点一、平面连杆机构的组成和特点 连杆机构的特点：连杆机构的特点：第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用二、平面连杆机构的基本形式二、平面连杆机构的基本形式二杆机构：二杆机构：平面四杆机构平面四
5、杆机构:第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用曲柄滑块机构曲柄滑块机构导杆机构导杆机构平面连杆机构的定义和分类平面连杆机构平面四杆机构多杆机构铰链四杆机构移副四杆机构曲柄四杆机构双曲柄四杆机构双摇杆机构曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构双移副四杆机构三、铰链四杆机构的基本形式和应用实例三、铰链四杆机构的基本形式和应用实例（一）曲柄摇杆机构（一）曲柄摇杆机构 运动变换：运动变换：转动转动 摇动摇动曲柄（构件曲柄（构件2）整周转动）整周转动摇杆摇杆（构件（构件4）往复摆动往复摆动两连架杆两连架杆：第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应
6、用（二）（二）双曲柄机构双曲柄机构 u二连架杆二连架杆：均为曲柄均为曲柄u 运动变换：运动变换：曲柄曲柄转动转动 曲柄曲柄转动转动 通常二转速不相等。通常二转速不相等。惯性筛惯性筛第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用（二）（二）双曲柄机构（平形四边形机构）双曲柄机构（平形四边形机构）特点：特点：两曲柄转动方向相同，两曲柄转动方向相同，且角速度相等。且角速度相等。平行四边形机构平行四边形机构挖土机挖掘机构挖土机挖掘机构摄影平台升降机摄影平台升降机构构应用例：应用例：第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用（二）（二）双曲柄机构双曲柄
7、机构 反平形四边形机构反平形四边形机构特点：特点：两曲柄转动方向相反，两曲柄转动方向相反，且角速度不相等。且角速度不相等。第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用门窗启闭机构门窗启闭机构u 结构特点：结构特点：二连架杆均为摇杆二连架杆均为摇杆u 运动变换：运动变换：摆动摆动摆动摆动车辆前轮转向机构车辆前轮转向机构（三）（三）双摇杆机构双摇杆机构第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用四、铰链四杆机构的演化四、铰链四杆机构的演化（一）改变构件的形状和尺寸（一）改变构件的形状和尺寸1 1、曲柄滑块机构曲柄滑块机构 第一节第一节 平面连杆机
8、构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用椭圆仪机构椭圆仪机构四、铰链四杆机构的演化四、铰链四杆机构的演化（一）改变构件的形状和尺寸（一）改变构件的形状和尺寸第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用2、双滑块机构双滑块机构（二）（二）变更机架变更机架机构倒置机构倒置转动导杆机构转动导杆机构第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用导杆机构导杆机构 摇块机构摇块机构 定块机构定块机构 1、导杆机构、导杆机构（二）（二）变更机架变更机架机构倒置机构倒置 摆动导杆机构的应用牛头刨床摆动导杆机构的应用牛头刨床第一节第一节 平面连杆机构的基本
9、形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用（二）（二）变更机架变更机架机构倒置机构倒置2 2、摇块机构、摇块机构第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用（二）（二）变更机架变更机架机构倒置机构倒置3 3、定块机构、定块机构第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用定块机构的应用手压抽水机定块机构的应用手压抽水机(三）扩大转动副三）扩大转动副第一节第一节 平面连杆机构的基本形式和应用平面连杆机构的基本形式和应用偏心轮机构偏心轮机构铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构 第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 一、
10、平面四杆机构存在曲柄的条件一、平面四杆机构存在曲柄的条件l2+l1 l3+l4l2+l3 l1+l4l2+l4 l1+l3得：得：l2 l1 l2 l3 即即 l2 最短最短l2 l4 一、平面四杆机构存在曲柄的条件（续）一、平面四杆机构存在曲柄的条件（续）存在曲柄的条件：存在曲柄的条件：1.（最短杆长度（最短杆长度 最长杆长度）最长杆长度）其它两杆长度之和；其它两杆长度之和；2.连架杆和机架中必有一个是最短杆。连架杆和机架中必有一个是最短杆。推论：推论：（见（见图图431）1、若（最短杆长度若（最短杆长度 最长杆长度）最长杆长度）其它两杆长度之和，其它两杆长度之和，取最短杆的邻取最短杆的邻杆
11、为机架，得曲柄摇杆机构；杆为机架，得曲柄摇杆机构；取最短杆为机架，得双曲柄机构取最短杆为机架，得双曲柄机构；取最短杆取最短杆相对的杆为机架，得双摇杆机构。相对的杆为机架，得双摇杆机构。2、若（若（最短杆长度最短杆长度 最长杆长度）最长杆长度）其它两杆长度之和，则其它两杆长度之和，则不论何杆不论何杆为机架均无曲柄存在，只能得双摇杆机构。为机架均无曲柄存在，只能得双摇杆机构。第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性习题u 急回运动急回运动111800KK急回特性的应用例急回特性的应用例:颚式破碎机、牛头刨床。颚式破碎机、牛头刨床。越大越大,K越大越大，则急回运动特征越明显；反之则
12、越不明显。，则急回运动特征越明显；反之则越不明显。112二二.平面四杆机构的极限位置和急回特性平面四杆机构的极限位置和急回特性u摇杆摆角摇杆摆角 与与 极位夹角极位夹角 ：2121 ,tt 18011802u 行程速比系数行程速比系数K1180180/21212112ttttK第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性BACDC1B1C2B212摇杆摇杆CD两极限位置间的夹角两极限位置间的夹角称摇杆摆角；称摇杆摆角；此时曲柄此时曲柄AB对应位置所夹的锐角对应位置所夹的锐角 称称极位夹角极位夹角。三平面四杆机构的传动角和止点三平面四杆机构的传动角和止点(死点）位置死点）位置 （一
13、）（一）压力角和传动角压力角和传动角作用在从动件受力点的力为作用在从动件受力点的力为F F压力角压力角：从动件受力点受力方向从动件受力点受力方向与速度方向与速度方向之间所夹之锐角为压力角之间所夹之锐角为压力角。传动角传动角 900-传力要求传力要求 min 400500F F 分解分解cosFFtsinFFn有效分力有效分力有害分力有害分力常用常用来检验来检验传力性能。传力性能。愈大，传力性能愈好。愈大，传力性能愈好。FnFvcACDl2l4l1Bl311234CBC”B”第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 min出现位置：出现位置：曲柄与机架共线。即曲柄与机架共线。即
14、000180或或 时，出现时，出现 min须二者比较后确定。须二者比较后确定。Ft蒸汽机车车轮联动机构蒸汽机车车轮联动机构u 止点位置：止点位置：当摇杆或滑块为原动件当摇杆或滑块为原动件，机构运动时出现传动角机构运动时出现传动角 =0=00 0 的位置的位置。B1C1=00=00u 克服止点位置的措施克服止点位置的措施 利用惯性力利用惯性力 相同机构错位排列相同机构错位排列4ABCD231B2C2三平面四杆机构的传动角和止点三平面四杆机构的传动角和止点(死点）位置死点）位置（二）止点位置（死点）（二）止点位置（死点）第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性AD（二）止点位置（
15、死点）（二）止点位置（死点）止点位置的利用：止点位置的利用：夹紧装置夹紧装置分合闸机构分合闸机构第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性利用止点特性工作实例：夹紧装置利用止点特性工作实例：夹紧装置从动件运动连续性要求：从动件运动连续性要求：在连杆机构设计中，对所得机构都应按运动连续性的要求，通在连杆机构设计中，对所得机构都应按运动连续性的要求，通过几何作图检验该机构是否在运动时能实现给定的位置要求。过几何作图检验该机构是否在运动时能实现给定的位置要求。n从动件在可行域内能连续运动，从动件在可行域内能连续运动，不可能在非可行域不可能在非可行域 运动；运动；n从动件不可能从一个可
16、行域跃入另一个可行域。从动件不可能从一个可行域跃入另一个可行域。四四.平面四杆机构的运动连续性平面四杆机构的运动连续性第二节第二节 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性DAC1C2可行域可行域可行域可行域C1C2非可行域非可行域非可行域非可行域BC 第三节第三节 平面连杆机构的运动设平面连杆机构的运动设计计1.1.实现给定的运动要求实现给定的运动要求2、满足各种附加要求、满足各种附加要求1）检验是否有曲柄存在检验是否有曲柄存在2）运动连续性检验）运动连续性检验3）传力条件的检验（）传力条件的检验（min ）4）检查机构外廓尺寸和各构件尺寸是否合适。）检查机构外廓尺寸和各构件尺寸是否合适
17、。1）要求实现连杆的几个给定位置）要求实现连杆的几个给定位置 2）要求实现连架杆的给定运动规律）要求实现连架杆的给定运动规律 3）要求实现给定轨迹）要求实现给定轨迹一一 平面连杆机构的基本设计命题平面连杆机构的基本设计命题二、平面连杆机构的运动设计二、平面连杆机构的运动设计（一）图解法设计实现给定位置的四杆机构（一）图解法设计实现给定位置的四杆机构1.1.按按照给定连杆位置设计四杆机构照给定连杆位置设计四杆机构设计命题设计命题1 1：c1291B1C1E3784256B2C2F2E2DA思路：思路：由于连杆上由于连杆上B B、C C 两点两点的运动轨迹分别为以的运动轨迹分别为以A A、D D
18、为为圆心的圆弧，故圆心的圆弧，故A A、D D 必然分必然分别位于别位于B1B2、C1C2的垂直平的垂直平分线上。分线上。要点：要点：确定固定铰链中心确定固定铰链中心A、D 的位置。的位置。第三节第三节 平面连杆机构的运动设平面连杆机构的运动设计计已知连杆的长度和给定的两个位置，已知连杆的长度和给定的两个位置，试设计一铰链四杆机构。试设计一铰链四杆机构。二、平面连杆机构的运动设计二、平面连杆机构的运动设计（一）图解法设计实现给定位置的四杆机构（一）图解法设计实现给定位置的四杆机构1.1.按按照给定连杆位置设计四杆机构照给定连杆位置设计四杆机构设计命题设计命题1 1：b12c129B1C1378
19、42B2C2DA)(mmmmBClBCl解：解：1)确定比例尺确定比例尺 作出连杆的两个已知位置作出连杆的两个已知位置 和和 ；11CB22CB2)连接连接 和和 ，分别，分别作它们的垂直平分线；作它们的垂直平分线；21BB21CC3)在在垂直平分线上取垂直平分线上取A、D为固定铰链为固定铰链中心。连接中心。连接AB1C1D或或AB2C2D，即得设计的铰链四杆机构。，即得设计的铰链四杆机构。l1=ADAD ll2=ABAB ll3=CDCD l二位置设计，无穷解。可添加其它条件，如二位置设计，无穷解。可添加其它条件，如机构尺寸、最小传动角、其它结构要求等。机构尺寸、最小传动角、其它结构要求等。
20、第三节第三节 平面连杆机构的运动设平面连杆机构的运动设计计已知连杆的长度和给定的两个位置，试设已知连杆的长度和给定的两个位置，试设计一铰链四杆机构。计一铰链四杆机构。计算另外三杆长度：计算另外三杆长度：解：思路同命题解：思路同命题1 分别作分别作 和和 的垂直平分线，的垂直平分线，其交点为铰链中心其交点为铰链中心A的位置的位置；分别作分别作 和和 的垂直平分线，的垂直平分线，其交点为铰链中心其交点为铰链中心D的位置的位置。设计有唯一解。设计有唯一解。21BB32BB21CC32CC1.1.按按照给定连杆位置设计四杆机构照给定连杆位置设计四杆机构设计命题设计命题2 2：已知连杆长度和给定的三个位
21、置，已知连杆长度和给定的三个位置，试设计一铰链四杆机构。试设计一铰链四杆机构。第三节第三节 平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计C1B1B2C2B3C3b12c12b23c23B1AD90MNPB2B1C2EADC12、按照机构急回特性设计四杆机构按照机构急回特性设计四杆机构思路：思路：搞清搞清A A、C C1 1、C C2 2三点所在圆和三点所在圆和 角角 的关系。的关系。设计步骤：设计步骤：1）求出）求出111800KK2）任取固定铰链）任取固定铰链D的位置，确定比例尺的位置，确定比例尺 ，作出摇杆极限两位置，作出摇杆极限两位置。)(mmmCDlCDl3）几何作图（略）。）几何作图
22、（略）。6）求未知杆长）求未知杆长ADll1ABll2BCll3 设计命题：设计命题：已知摇杆长已知摇杆长 、摆角、摆角 和行程速比系数和行程速比系数K K，设计曲柄摇杆机构。，设计曲柄摇杆机构。4l要点：要点：确定固定铰链中心确定固定铰链中心A 的位置的位置.求出求出其它其它 三杆长度三杆长度 、。321 lll 问题讨论问题讨论:无其它条件，有无穷多解；无其它条件，有无穷多解；考虑其他辅助条件，确定考虑其他辅助条件，确定A点位置。点位置。4）作）作C1PC2的外接圆，的外接圆，在圆上任取在圆上任取A为曲柄的固定铰链。为曲柄的固定铰链。5 5）以以A为圆心，为圆心，ECEC2 2/2/2为半
23、径作圆，交为半径作圆，交C C1 1A A的延长线和的延长线和C C2 2A A于于B B1 1和和B B2 2。第三节第三节 平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计1、实验法、实验法（二）实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构（二）实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构2、图谱法、图谱法第三节第三节 平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计（三）解析法设计给定两连架杆对应位置的四杆机构（三）解析法设计给定两连架杆对应位置的四杆机构0coscoscosdcba0cossinsincsba1、平面四杆机构的运动方程、平面四杆机构的运动方程2、设计、设计 给定固定铰链给定固定铰链A、D位置及
24、连架杆三组对应位置，设计铰链四杆机构。位置及连架杆三组对应位置，设计铰链四杆机构。)cos(coscos321RRRacdcbaR2/)(22221adR/2cdR/3)cos(coscos1113121RRR)cos(coscos2223221RRR)cos(coscos3333321RRR求得：求得：3/Rda 2/Rdc 12222acRdcab第三节第三节 平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计图图431双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构返返 回回爱是什么？一个精灵坐在碧绿的枝叶间沉思。风儿若有若无。一只鸟儿飞过来，停在枝上，望着远处将要成熟的稻田。
25、精灵取出一束黄澄澄的稻谷问道：“你爱这稻谷吗？”“爱。”“为什么？”“它驱赶我的饥饿。”鸟儿啄完稻谷，轻轻梳理着光润的羽毛。“现在你爱这稻谷吗？”精灵又取出一束黄澄澄的稻谷。鸟儿抬头望着远处的一湾泉水回答：“现在我爱那一湾泉水，我有点渴了。”精灵摘下一片树叶，里面盛了一汪泉水。鸟儿喝完泉水，准备振翅飞去。“请再回答我一个问题，”精灵伸出指尖，鸟儿停在上面。“你要去做什么更重要的事吗？我这里又稻谷也有泉水。”“我要去那片开着风信子的山谷，去看那朵风信子。”“为什么？它能驱赶你的饥饿？”“不能。”“它能滋润你的干渴？”“不能。”爱是什么？一个精灵坐在碧绿的枝叶间沉思。风儿若有若无。一只鸟儿飞过来，
26、停在枝上，望着远处将要成熟的稻田。精灵取出一束黄澄澄的稻谷问道：“你爱这稻谷吗？”“爱。”“为什么？”“它驱赶我的饥饿。”鸟儿啄完稻谷，轻轻梳理着光润的羽毛。“现在你爱这稻谷吗？”精灵又取出一束黄澄澄的稻谷。鸟儿抬头望着远处的一湾泉水回答：“现在我爱那一湾泉水，我有点渴了。”精灵摘下一片树叶，里面盛了一汪泉水。鸟儿喝完泉水，准备振翅飞去。“请再回答我一个问题，”精灵伸出指尖，鸟儿停在上面。“你要去做什么更重要的事吗？我这里又稻谷也有泉水。”“我要去那片开着风信子的山谷，去看那朵风信子。”“为什么？它能驱赶你的饥饿？”“不能。”“它能滋润你的干渴？”“不能。”其实，世上最温暖的语言，“不是我爱你
27、，而是在一起。”所以懂得才是最美的相遇！只有彼此以诚相待，彼此尊重，相互包容，相互懂得，才能走的更远。相遇是缘，相守是爱。缘是多么的妙不可言，而懂得又是多么的难能可贵。否则就会错过一时，错过一世！择一人深爱，陪一人到老。一路相扶相持，一路心手相牵，一路笑对风雨。在平凡的世界，不求爱的轰轰烈烈；不求誓言多么美丽；唯愿简单的相处，真心地付出，平淡地相守，才不负最美的人生；不负善良的自己。人海茫茫，不求人人都能刻骨铭心，但求对人对己问心无愧，无怨无悔足矣。大千世界，与万千人中遇见，只是相识的开始，只有彼此真心付出，以心交心，以情换情，相知相惜，才能相伴美好的一生，一路同行。然而，生活不仅是诗和远方，
28、更要面对现实。如果曾经的拥有，不能天长地久，那么就要学会华丽地转身，学会忘记。忘记该忘记的人，忘记该忘记的事儿，忘记苦乐年华的悲喜交集。人有悲欢离合，月有阴晴圆缺。对于离开的人，不必折磨自己脆弱的生命，虚度了美好的朝夕；不必让心灵痛苦不堪，弄丢了快乐的自己。擦汗眼泪，告诉自己，日子还得继续，谁都不是谁的唯一，相信最美的风景一直在路上。人生，就是一场修行。你路过我，我忘记你；你有情，他无意。谁都希望在正确的时间遇见对的人，然而事与愿违时，你越渴望的东西，也许越是无情无义地弃你而去。所以美好的愿望，就会像肥皂泡一样破灭，只能在错误的时间遇到错的人。岁月匆匆像一阵风，有多少故事留下感动。愿曾经的相遇，无论是锦上添花，还是追悔莫及；无论是青涩年华的懵懂赏识，还是成长岁月无法躲避的经历愿曾经的过往，依然如花芬芳四溢，永远无悔岁月赐予的美好相遇。其实，人生之路的每一段相遇，都是一笔财富，尤其亲情、友情和爱情。在漫长的旅途上，他们都会丰富你的生命，使你的生命更充实，更真实；丰盈你的内心，使你的内心更慈悲，更善良。所以生活的美好，缘于一颗善良的心，愿我们都能善待自己和他人。一路走来，愿相亲相爱的人，相濡以沫，同甘共苦，百年好合。愿有情有意的人，不离不弃，相惜相守，共度人生的每一个朝夕直到老得哪也去不了，依然是彼此手心里的宝，感恩一路有你！
